CN1306297A - 金属卤素化合物无电极照明灯 - Google Patents

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Abstract

一种金属卤素化合物无电极照明灯,包括:通过耦合装置耦合的、带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器,和通过微波谐振腔壁的某些部分实现的微波屏蔽功能,所述的这些部分能透过光辐射。放电管包含金属卤素化合物填充混合物,例如铋的卤化物、锡和铝的混合物和它们的化合物的混合物,这些物质发射以分子光谱为特征的可见光辐射。

Description

金属卤素化合物无电极照明灯
本发明涉及金属卤素化合物无电极照明灯(metal halogen electrodelessillumination lamp)，特别涉及照明设备上用的气体放电灯，尤其涉及包含填充物质的灯，该填充物质一旦用放电激励，则发出光谱的可见光部分的光辐射，更精确的讲涉及气体放电照明灯，其中金属卤素化合物或金属卤素化合物的混合物是填充物质的主要成分，这种灯能用于各种照明，例如街道和大的房屋照明。
金属卤素化合物(metal halogen)照明灯由于其产生的高亮度辐射自六十年代中期以来已经为公众所知并且得到广泛的应用。金属卤素化合物照明灯通常包括由能维持电弧放电的物质混合物填充的石英管，和封装所述石英管的玻璃外壳。
石英管包含两个电极，当灯工作时，电极之间开始电弧放电。石英管填充物中的主要成分是水银。另外，填充物包含帮助起动放电的惰性气体，和一种金属卤素化合物或金属卤素化合物的混合物，主要是碘化物(参考美国专利No.3,234,421)。通过用各种金属的卤化物和它们的混合物来提供所希望的光谱输出。例如，BiI3(美国专利No.3,989,972)，Sn的化合物(美国专利No.4,001,626)，钠、锂和钪的卤化物(美国专利No.4,247,798)，钛的卤化物(美国专利No.4,866,342)，或一定比例的钠和钛的碘化物(美国专利No.5,225,738)。
这种金属卤素化合物灯的主要缺点是用水银作为石英管填充物质，填充量通常共计几十毫克。
已经发现水银灯在制造和使用中存在危险，因为水银是有高毒性的物质。此外，对于这些灯中石英管里的电极有相当大的热损失，并且电极材料蒸发，弄黑石英管，限制了灯的潜在性能。
进一步探索确保水银金属卤素化合物照明灯的理想性能的方法已经带动了气体放电无电极照明灯的发展。这些灯由电磁辐射源构成，例如，通过耦合装置耦合的带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器。放电管包含填充物质(或物质的混合物)，当内部出现的微波放电激励填充物质时，填充物质发射以分子光谱为特征的光辐射。微波腔壁的一部分通常由金属网制成，作为微波屏蔽物来屏蔽微波能量，但对光辐射几乎是透明的。
这种公知的气体放电无电极照明灯已公开在美国专利No.5,404,076,No.5,661,365,No.5,798,611,No.5,834,895,No.5,866,980中。作为放电管填充物质的主要成分，这些灯用硫、硒、碲或它们的化合物。另外，向主填充物质中加少量的金属和或/或金属卤素化合物可改变发射的光辐射的特定光谱特性。尽管这种灯不需要包含水银作工作物质，在某些情况下仍然要加后一物质，有时甚至是大量的该物质，来帮助起动放电和提高灯的性能。
这些灯没有在包含电极的水银灯中存在的缺陷。这些灯的好处在于，与有电极照明灯相反，具有长的使用寿命，由于没有电极而没有热损失，相当光滑的光谱和相当高的辐射功率。
从基本设计相似的观点来看，与研发的金属卤素化合物无电极照明灯的第一和第二变形最相类似的是在美国专利No.5,864,210中公开的金属卤素化合物无电极照明灯。就象上面描述无电极气体放电灯，最接近的类似的灯包括通过耦合装置耦合的带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器。放电管填充物包括或者是从铟、镓和铊的卤化物所组成的组中选出的一种金属卤素化合物，或者是这些化合物的混合物(金属卤素化合物包含或者从碘、溴和氯组成的组中选出的一种元素)，或这些物质的混合物。通过从放电管填充物质开始的高频放电作用，该灯能够发射具有分子光谱的光辐射。
放电管还包含少量的惰性气体来帮助起动放电。微波腔壁的一部分由金属网制成，以作为微波屏蔽物，屏蔽微波能量，但其基本可透过光辐射。为了提高灯的照明效率，将锌加到放电管填充物中，来增加管内的内部压力。
但是，上面描述的灯包含有毒物质水银。而且，在这些灯中于包含在石英管中的电极上有相当大的热损失，降低了灯的效率。另外，电极的蒸发弄黑了石英管，随着时间的推移，导致灯亮度减弱。
因此，本发明的目的是提供一种改进的金属卤素化合物无电极照明灯，该灯发射具有分子光谱的光辐射，并且与传统的金属卤素化合物无电极照明灯相比，提供了一种具有提高的性能特性的金属卤素化合物无电极照明灯。
为了实现这些和其他优越性，并根据本发明的目的，如这里概括和描述的，提供一种金属卤素化合物无电极照明灯，该灯包含通过耦合装置(acoupling means)耦合的带有包含放电管的微波谐振腔(microwave cavity)的微波发生器；和微波屏蔽，其功能是利用微波谐振腔壁的某些部分实现的，这些部分对光辐射是可透过的。放电管包含金属卤素化合物的混合物，当用放电管中出现的高频放电激励时，该混合物立刻发射以分子光谱为特征的可见光辐射。
引入的附图构成了本说明书的一部分，并被用来进一步理解本发明，说明本发明的实施例，并与文字描述一起来说明本发明的原理。在附图中：
图1显示了本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的设计变形；
图2是根据本发明第一实施例的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图，其中包含在放电管中的金属卤素化合物混合物包含SnBr2和AlI3；
图3是根据本发明第一实施例的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图，其中包含在放电管中的金属卤素化合物混合物包含SnI2和AlBr3；
图4是根据本发明第一实施例的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图，其中包含在放电管中的金属卤素化合物混合物包含SnI2,AlBr3和BiI3；
图5是根据本发明第一实施例的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图，其中包含在放电管中的金属卤素化合物混合物包含BiI3。
现在以本发明的优选实施例及附图中说明的具体例子作为参考。
通常，原子光谱是线光谱，但相反，分子光谱是连续光谱例如自然光，减轻了视觉负担。水银或铁产生原子光谱，而硫或硒产生分子光谱。
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的特征在于金属卤素化合物的混合物包含锡和铝的卤化物。在本发明的特定实施例中，金属卤素化合物的混合物包含SnBr2和AlI3。在本发明的不同实施例中，金属卤素化合物的混合物包含SnI2和AlBr3。
而且，金属卤素化合物的混合物还包含铋(Bi)的卤化物。在具体的实施例中，Bi的卤化物是BiI3。
在本发明中，卤化物包含氯、溴和碘中的一种元素。放电管可以包含惰性气体。
根据本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的变形，金属卤素化合物无电极照明灯包含通过耦合装置耦合的带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器，和功能可通过微波谐振腔壁的某些部分实现的微波屏蔽，这些部分可透过光辐射，放电管包含金属卤素化合物的混合物，当用放电管中出现的高频放电激励时，该混合物立刻发射以分子光谱为特征的可见光辐射，并且混合物采用铋的卤化物作为金属卤素化合物。
放电管填充物质可以另外包含锡(Sn)和铝(Al)的卤化物的混合物。在特定的实施例中，金属卤素化合物的混合物包含SnI2和AlBr3。
在本发明的上述变形中，将铋的卤化物、锡和铝的卤化物的混合物以及它们的混合物用作放电管填充物质，确保了以分子光谱为特征的可见光辐射。
现在将参考附图描述本发明的实施例。
图1是金属卤素化合物无电极照明灯的示意图，该灯包含微波发生器1和微波屏蔽5。微波发生器包含通过耦合装置耦合的带有微波谐振腔的微波发生器1。微波谐振腔3包含用物质填充的放电管4，当用其内出现的高频放电激励时，填充物质发射以分子光谱为特征的可见光辐射。放电管4还包含惰性气体。通过微波谐振腔壁的某些部分实现微波屏蔽5的功能，这些部分能透过光辐射。为达到这个效果，微波谐振腔壁的这些部分应包含孔或形成为金属网。为了防止灯的某些部分过热，可以将放电管安装成沿着它的轴旋转。
对于微波发生器1，可采用标准的磁控管(magnetron)。由在放电管4中产生卤化物蒸汽的所需压力来决定微波发生器1的输出功率，共计大约800W。
放电管4可以由透光的石英玻璃制成。放电管4的尺寸和形状是由金属卤素化合物无电极照明灯的具体应用来决定的。在本发明的特定装置中，放电管4的内部直径为2.6cm。
作为发射具有分子光谱的可见光辐射的放电管填充物质，可采用锡和铝的卤化物的混合物，或铋的卤化物，或它们的混合物。填充物质的量必须使得：在灯的工作温度下，保持蒸汽的压力在1-20atm的范围内。
用在本发明的无电极照明灯中的卤化物可以包含元素碘、溴或氯。作为惰性气体，可以用氩或氙。
放电管4可以另外包含少量的金属例如锌、钠、锂或它们的化合物，来提供所希望的光谱移动。
在本发明的特定实施例中，微波谐振腔3是调节到微波发生器1的工作频率的微波谐振器(microwave resonator)。
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯按如下方式工作。
微波发生器1产生微波能量，通过耦合装置2馈入到微波谐振腔3，结果在谐振腔中形成电磁场。当谐振腔3中的电场幅度超过击穿值时，在放电管4中开始高频放电，激励放电管填充物为等离子体状态。锡和铝的卤化物的混合物以及铋的卤化物和这些化合物的混合物是在高频放电下能发射可见光辐射的物质。微波功率的一部分被等离子体吸收，然后发射波长在可见光范围的光。微波屏蔽5可使可见的光辐射透过，而屏蔽微波能量。
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的一个好处是，不用水银、只用锡和铝的卤化物的混合物，或铋的卤化物，或它们的混合物作为放电管4的填充物质，来确保辐射的分子光谱。然而，在某些情况下，应加少量的水银来帮助起动放电。
[第一实施例]
作为填充放电管的金属卤化物，采用SnBr2和AlI3。填充物质如下：SnBr2-0.3mg/cm,AlI3-1.2mg/cm,Hg-1.0mg/cm,Ar-10乇。
在这个特定的实施例中，灯的参数如下：
色度：x=0.37；y=0.37
色温：T=4200K
显色指数CRI(color rendering index):Ra=97
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图如图2所示，该图显示了用SnBr2和AlI3的混合物的光滑分子光谱以及水银原子光谱线。
[第二实施例]
作为填充放电管的金属卤化物，采用SnI2和AlBr3。填充物质如下：SnI2-0.4mg/cm,AlBr3-0.8mg/cm,Hg-1.0mg/cm,Ar-15乇。
在本发明的这个特定的实施例中，灯的参数如下：
色度：x=0.36；y=0.37
色温：T=4700K
CRI:Ra=91
本发明的无电极照明灯的光谱曲线图如图3所示，该图显示了用SnI2和AlBr3的混合物的光滑分子光谱以及水银原子光谱线。
[第三实施例]
作为填充放电管的金属卤化物，采用SnI2、AlBr3和BiI3。填充物质如下：SnBr2-0.4mg/cm,AlI3-1.0mg/cm,BiI3-0.7mg/cm,Hg-1.0mg/cm,Ar-15乇。
在本发明的这个特定的实施例中，灯的参数如下：
色度：x=0.35；y=0.37
色温：T=4900K
CRI:Ra=90
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图如图4所示，该图显示了用SnBr2、AlI3和BiI3的混合物的光滑分子光谱以及水银原子光谱线。
[第四实施例]
作为填充放电管的金属卤化物，用BiI3。填充物质如下：BiI3-0.7mg/cm,Hg-0.5mg/cm,Ar-10乇。
在本发明的这个特定的实施例中，灯的参数如下：
色度：x=0.27；y=0.28
色温：T=10000K
CRI:Ra=80
本发明的金属卤素化合物无电极照明灯的光谱曲线图如图5所示，该图显示了用BiI3的连续分子光谱稍微移向UV区，并且也包含水银原子光谱线。
如上所述，本发明的金属卤素化合物无电极照明灯比传统技术的照明灯的寿命长，并且没有电极的热损失。而且，生成了非常光滑的光谱，确保了辐射的高功率。另外，相对于传统技术的金属卤素化合物无电极照明灯来说，可以制造出具有改进的性能特性的金属卤素化合物无电极照明灯。
在不离开本发明的精神和基本特征的情况下，本发明可以以几种方式来实施，还应该理解，除非特别规定，上面描述的任何细节都不应用来限制上面描述的实施例，而相反，应广泛认为其属于附加权利要求中所限定的精神和范围内，因此落在权利要求的集合和界限范围内的所有变化和修改，或该集合和界限范围的等效物都应被含概在附加权利要求中。

Claims (23)

1．一种金属卤素化合物无电极照明灯，包括：经耦合装置耦合的带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器，和通过微波谐振腔壁的某些部分实现功能的微波屏蔽，所述这些部分能透过光辐射，所述放电管包含金属卤素化合物的填充混合物和惰性气体，当用高频放电激励时，该填充混合物立即发射以分子光谱为特征的可见光辐射，所述金属卤素化合物填充混合物包含锡和铝的卤化物。
2．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，所述卤化物中的卤族元素为氯、碘或溴中的一种。
3．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnBr2和AlI3。
4．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnI2和AlBr3。
5．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含铋的卤化物。
6．根据权利要求5所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，所述卤化物中的卤族元素为氯、碘或溴中的一种。
7．根据权利要求5所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnI2和AlBr3。
8．根据权利要求5所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnBr2和AlI3。
9．根据权利要求5所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含BiI3。
10．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，填充物质的量要使得在灯的工作温度下，保持蒸汽压力在1-20atm的范围内。
11．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，惰性气体采用氩或氙。
12．根据权利要求1所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，放电管还包含少量的金属，例如锌、钠、锂或它们的化合物。
13．一种金属卤素化合物无电极照明灯，包括：经耦合装置耦合的带有包含放电管的微波谐振腔的微波发生器，和通过微波谐振腔壁的某些部分实现功能的微波屏蔽，所述这些部分能透过光辐射，所述放电管包含金属卤素化合物的填充混合物和惰性气体，当用高频放电激励时，该填充混合物立即发射以分子光谱为特征的可见光辐射，所述金属卤素化合物填充混合物包含铋的卤化物。
14．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，所述卤化物中的卤族元素为氯、碘或溴中的一种。
15．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含BiI3。
16．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，放电管包含的卤化物的混合物中还包含锡和铝的化合物。
17．根据权利要求16所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，所述卤化物中的卤族元素为氯、碘或溴中的一种。
18．根据权利要求16所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含BiI3。
19．根据权利要求16所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnBr2和AlI3。
20．根据权利要求16所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，金属卤素化合物的填充混合物包含SnI2和AlBr3。
21．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，填充物质的量要使得：在灯的工作温度下，保持蒸汽压力在1-20atm的范围内。
22．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，至于惰性气体，采用氩或氙。
23．根据权利要求13所述的金属卤素化合物无电极照明灯，其特征在于，放电管还包含少量的金属，例如锌、钠、锂或它们的化合物。
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